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JP2002518825A - An etching process for producing substantially undercut-free silicon on an insulator structure - Google Patents

An etching process for producing substantially undercut-free silicon on an insulator structure

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JP2002518825A
JP2002518825A JP2000553985A JP2000553985A JP2002518825A JP 2002518825 A JP2002518825 A JP 2002518825A JP 2000553985 A JP2000553985 A JP 2000553985A JP 2000553985 A JP2000553985 A JP 2000553985A JP 2002518825 A JP2002518825 A JP 2002518825A
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JP
Japan
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etching
silicon
ion
reactive
reactive ion
Prior art date
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JP2000553985A
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ジョン エフ. ドノフェ
デイビッド ジェイ. ジョンソン
マイケル ダブリュー. デブレ
Original Assignee
ユナキス ユーエスエー インク.
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Filing date
Publication date
Application filed by ユナキス ユーエスエー インク. filed Critical ユナキス ユーエスエー インク.
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Publication of JP2002518825A5 publication Critical patent/JP2002518825A5/ja
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Abstract

(57)【要約】 垂直方向に一様なエッチングを行うように様々なサイズの凹部内のイオン充電を制限するためにイオン密度が低減される反応性イオン・エッチング工程を仕上げエッチング段階として使用することによってアンダカットが実質的になくなる、シリコン・オン・インシュレータ基板に異方性プラズマ・エッチングを施す方法を開示する。 Abstract: A reactive ion etching process in which the ion density is reduced to limit ion charging in recesses of various sizes so as to perform a uniform etching in a vertical direction is used as a finishing etching step. A method is disclosed for performing anisotropic plasma etching on a silicon-on-insulator substrate, which substantially eliminates undercut.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】発明の背景 発明の分野 本発明は、シリコン・オン・インシュレータ(silicon on insulator ; SOI)
構造のアンダカットを実質的になくす、半導体材料に異方性エッチングを施す改
良された方法に関する。
[0001] Field of the Invention The present invention relates, silicon-on-insulator (silicon on insulator; SOI)
An improved method of anisotropically etching a semiconductor material that substantially eliminates undercuts in the structure.

【0002】関連技術の説明 半導体チップを含むシリコン含有デバイスを製造する際の重要な段階は、完成
した半導体チップまたは薄膜回路を構成するポリシリコンやシリコンなどの様々
な層をエッチングすることである。
2. Description of the Related Art An important step in manufacturing silicon-containing devices, including semiconductor chips, is to etch various layers, such as polysilicon and silicon, that make up the completed semiconductor chip or thin film circuit.

【0003】 トレンチなどのSOI構造は、シリコン・絶縁体界面までエッチングされたとき
にアンダカットを生じることがわかっている。
It has been found that SOI structures such as trenches cause undercuts when etched down to the silicon-insulator interface.

【0004】 基板にエッチングすべき個々の構造は通常、いわゆるマスキング層、例えば、
フォトレジスト層を介してシリコン基板に塗布されるエッチングマスクによって
画定され、マスキング層は、UV光に露光されその後で現像された後、基板上に残
り、それによってシリコン層をエッチング液から保護する。
[0004] The individual structures to be etched into the substrate are usually so-called masking layers, for example,
Defined by an etching mask applied to the silicon substrate via a photoresist layer, the masking layer remains on the substrate after being exposed to UV light and subsequently developed, thereby protecting the silicon layer from the etchant.

【0005】 異方性エッチング技法では、横方向に厳密に画定された凹部(接点を介してト
レンチ)をシリコンに形成する必要がある。このような深く延びる凹部は、でき
るだけ垂直にする必要のある側壁を有さなければならない。
[0005] Anisotropic etching techniques require the formation of a well defined laterally defined recess (trench through a contact) in silicon. Such deep recesses must have sidewalls that need to be as vertical as possible.

【0006】 エッチングされないようになっているシリコン基板領域を覆うマスキング層の
縁部は、マスクからシリコンへの構造遷移の横方向精度をできるだけ高くするた
めにアンダカットされない。そのため、エッチングが構造の底部でのみ進行する
ことができ、構造のすでに作製された側壁上では横方向に進行できないようにす
る必要がある。
[0006] The edges of the masking layer covering the silicon substrate regions that are not to be etched are not undercut to maximize the lateral accuracy of the mask-to-silicon structural transition. Thus, it is necessary to ensure that the etching can only proceed at the bottom of the structure and not laterally on the already made sidewalls of the structure.

【0007】 この目的のために、プラズマ・エッチング法を使用してシリコン基板上に形状
をエッチングすることが提案されている。この方法では、リアクタ内の反応性ガ
ス混合物中で、放電の助けにより、化学反応種と充電された粒子(イオンおよび
電子)とが生じる。このように生じた正に充電された陽イオンは、RF電界をシリ
コン基板に印加することにより、誘導された電気バイアスによって基板の方へ加
速され、事実上垂直に基板表面上に落下し、反応性プラズマ種とエッチングベー
ス上のシリコンとの化学反応を推進する。
To this end, it has been proposed to etch features on a silicon substrate using a plasma etching method. In this method, in a reactive gas mixture in a reactor, with the aid of discharge, chemically reactive species and charged particles (ions and electrons) are formed. The positively charged cations thus generated are accelerated toward the substrate by the induced electric bias by applying an RF electric field to the silicon substrate, and fall on the substrate surface in a substantially vertical manner, and react. Drives the chemical reaction between the reactive plasma species and the silicon on the etching base.

【0008】 陽イオンがほぼ垂直に落下するために、エッチングは構造の側壁の方へ徐々に
進行すべきであり、最適な場合には全く進行すべきではない。
[0008] Because the cations fall almost vertically, the etching should proceed progressively toward the sidewalls of the structure, and optimally not at all.

【0009】 フッ素ベースの、危険ではなく工程において安定な反応性ガスを使用すること
が知られている。しかし、このような反応性ガスは、非常に高いエッチング速度
と、エッチングすべき基板とマスクとの間の非常に高い選択性を可能にするが、
著しく等方性のエッチング挙動を示す。
It is known to use fluorine-based, non-hazardous and stable reactive gases in the process. However, such reactive gases allow for very high etch rates and very high selectivity between the substrate to be etched and the mask,
It shows a remarkably isotropic etching behavior.

【0010】 プラズマ中で生成されたフッ素基は、構造縁部(横方向表面)が高速にエッチ
ングされる高い自然反応速度を示し、したがって、マスク縁部、トレンチ側壁の
アンダカット、および絶縁体界面上のトレンチのアンダカットが望ましくないも
のになる。
The fluorine radicals generated in the plasma exhibit a high spontaneous reaction rate where the structural edges (transverse surfaces) are rapidly etched, and therefore the mask edges, undercuts of the trench sidewalls, and insulator interfaces Undercutting of the upper trench becomes undesirable.

【0011】 アンダカットの問題を解消する様々な提案がなされている。このような1つの
方法においては、保護層を設けることを含み、例えば米国特許第4528066号では
、二酸化ケイ素の絶縁体層をエッチングせずにタングステンシリサイドおよび多
結晶シリコンの層からゲート電極をエッチングする反応性エッチング技法が開示
されている。ゲートの側壁は、ポリテトラフルオロエチレン層を塗布することに
よってエッチングから保護される。
Various proposals have been made to solve the problem of undercut. One such method involves providing a protective layer, e.g., in U.S. Pat. A reactive etching technique is disclosed. The gate sidewalls are protected from etching by applying a layer of polytetrafluoroethylene.

【0012】 以下ではBosch工程と呼ばれる米国特許第5501893号において、まずシリコン基
板にプラズマ・エッチング段階が施され、その後で、露出された領域が、一時的
なエッチングストップを形成するポリマー層で覆われる、第2の重合段階が実行
される、エッチング工程が開示されている。この2つの段階は、エッチング段階
と重合段階を交互に繰り返すことによって工程を構成する。
In US Pat. No. 5,501,893, hereinafter referred to as the Bosch process, a silicon substrate is first subjected to a plasma etching step, after which the exposed areas are covered with a polymer layer forming a temporary etching stop. An etching process is disclosed in which a second polymerization stage is performed. These two steps constitute a process by alternately repeating the etching step and the polymerization step.

【0013】 本明細書で詳しく説明する代替方法では、エッチングの間に同時にプラズマに
存在する1つまたは複数のポリマー形成化合物で側壁が覆われ、それによって、
ポリマー膜が壁を保護する。ポリマー膜はエッチングベース上にも形成されるの
で、イオンが安定に落下することにより、この膜がポリマーから分離され、かつ
そこへのエッチングが可能になるはずである。しかし、フッ素担体自体から部分
的に形成されるか、またはフッ素基を分割することによって部分的に形成される
か、または意図的に添加された不飽和化合物もしくは腐食した有機フォトレジス
ト・マスク材料によって生じる、プラズマに添加されるポリマー形成化合物が、
フッ素基に対する再結合パートナーとして生じるという欠点が、上記の技法に関
連して存在する。目的が化学的平衡であるこの逆反応によって、エッチングに必
要なフッ素のかなりの部分が消費され、同時に、側壁のパッシベーションに必要
なポリマー形成物質の対応する成分が失われる。このため、この方法によって実
現できるエッチング速度は著しく低くなる。
In an alternative method described in detail herein, the sidewalls are covered with one or more polymer-forming compounds that are simultaneously present in the plasma during etching, whereby
A polymer film protects the walls. Since the polymer film is also formed on the etching base, a stable drop of ions should separate the film from the polymer and allow etching there. However, it is formed partially from the fluorine carrier itself, or by splitting the fluorine groups, or by intentionally added unsaturated compounds or corroded organic photoresist mask material. The resulting polymer-forming compound added to the plasma is
The disadvantage of occurring as a recombination partner for fluorine groups exists in connection with the above technique. This reverse reaction, whose goal is chemical equilibrium, consumes a significant portion of the fluorine required for etching, while at the same time losing the corresponding components of the polymer-forming material required for sidewall passivation. Therefore, the etching rate that can be achieved by this method is significantly reduced.

【0014】 プラズマ中の不飽和ポリマー形成化合物に対してエッチングフッ素基がこのよ
うに依存するので、エッチング速度およびエッチング形状は、エッチングすべき
空きシリコン基板表面に依存する。これは、フッ素基がプラズマ中に存在するポ
リマー形成化合物と反応し、それにより、シリコン基板をエッチングするために
使用できるフッ素基が減少するからである。
Since the etching fluorine group thus depends on the unsaturated polymer forming compound in the plasma, the etching rate and the etching shape depend on the free silicon substrate surface to be etched. This is because the fluorine groups react with the polymer forming compounds present in the plasma, thereby reducing the fluorine groups available for etching the silicon substrate.

【0015】 また、生じる可能性のある他の欠点としては、ポリマー形成化合物を生じさせ
る、プラズマ中に存在する不飽和種が好ましくは、あるマスク材料をエッチング
し、したがって、選択性、すなわち、シリコン・エッチング速度とマスク・エッ
チング速度との比を低下させたときに生じる。さらに、非一様な側壁保護が行わ
れた場合、側壁のマスク縁部でポリマーが直接、より厚くコーティングされ、し
たがって、側壁は、構造の徐々に大きくなるエッチング深さにおいてではなくこ
の領域において適切に保護される。
Another disadvantage that may arise is that unsaturated species present in the plasma, which give rise to polymer-forming compounds, preferably etch certain masking materials, and thus selectivity, ie silicon It occurs when the ratio between the etching rate and the mask etching rate is reduced. In addition, if non-uniform sidewall protection is provided, the polymer is directly and thicker coated at the mask edges of the sidewalls, so that the sidewalls are adequate in this area rather than at increasingly larger etch depths of the structure Protected.

【0016】 この場合、深さが大きくなるにつれて側壁のポリマー被覆が急速に減少し、側
壁でアンダカットが起こり、その結果、ボトル状のエッチング形状が生じる。
In this case, as the depth increases, the polymer coating on the side walls decreases rapidly, and undercuts occur on the side walls, resulting in a bottle-shaped etched shape.

【0017】 フッ素ベースの反応性ガスを使用する代わりに、塩素や臭素など他のハロゲン
をベースとする反応性ガス、またはプラズマ中で塩素または臭素を放出する反応
性ガスを使用することが提案されている。というのは、これらのガスは、シリコ
ン表面上でそれほど反応しないからである。
Instead of using a fluorine-based reactive gas, it has been proposed to use another halogen-based reactive gas, such as chlorine or bromine, or a reactive gas that releases chlorine or bromine in a plasma. ing. These gases are less reactive on the silicon surface.

【0018】 反応性ガスから得られる基、通常は、プラズマ中で形成される、例えばSF6、C 4 F8、NF3から生成されるフッ素基は、シリコンに対する著しく高い自然反応を示
し、まずエッチングを起こし、同時にイオンを支持する。容量結合された低RF電
極では、電極上でグランドに対して負の自己誘導DCバイアス電位が生じることが
一般に知られている。したがって、イオンがシリコン基板に事実上垂直に当たる
ので、これらの反応性ガスは、主として構造の底部のみをエッチングし、構造の
側壁をエッチングしないという利点を与える。しかし、これらの反応性ガスの反
応は、水分の影響を非常に受けやすいという欠点が存在する。
Groups derived from reactive gases, usually formed in plasma, for example SF6, C Four F8, NFThreeRadicals produced from
First, etching is caused, and ions are supported at the same time. Capacitively coupled low RF power
At the pole, a negative self-induced DC bias potential can be created on the electrode with respect to ground.
Generally known. Thus, the ions hit the silicon substrate virtually vertically
Therefore, these reactive gases mainly etch only the bottom of the structure,
This provides the advantage of not etching the side walls. However, the reaction of these reactive gases
The disadvantage is that it is very susceptible to moisture.

【0019】 この場合、リアクタ内のシリコン基板に高価な移送装置が必要であるだけでな
く、エッング・システム全体の漏れ率を極めて低い値に維持しなければならない
。リアクタ内にごくわずかな水分が発生した場合でも、局所的なシリコン酸化の
ためにシリコン・エッチングの底部で微細粗さが生じ、したがって、エッチング
が完全に破壊される。
In this case, not only is an expensive transfer device required for the silicon substrate in the reactor, but also the leak rate of the entire etching system must be kept at a very low value. Even in the event of negligible moisture generation in the reactor, local silicon oxidation will cause micro-roughness at the bottom of the silicon etch, thus completely destroying the etch.

【0020】発明の概要 本発明の一目的は、既知の従来技術の欠点を解消することである。具体的には
、一目的は、シリコン・オン・インシュレータ界面のアンダカットを実質的に抑
制する利点を与える、イオン密度が低減される異方性反応性イオン・エッチング
法を開発することである。
[0020] One An object of the present invention is to overcome the known shortcomings of the prior art. Specifically, one objective is to develop an anisotropic reactive ion etching method with reduced ion density that provides the advantage of substantially suppressing undercuts at the silicon-on-insulator interface.

【0021】 本発明の一局面において、この目的は、下側の絶縁酸化層の実質的なエッチン
グが回避される、シリコン基板表面をエッチングする方法を提供することによっ
て実現される。この方法は、「仕上げ」エッチングが行われるクリアリング・フ
ェーズとして働く異方性プラズマ反応性イオン・エッチングを含む。
In one aspect of the invention, this object is achieved by providing a method for etching a silicon substrate surface, wherein substantial etching of the underlying insulating oxide layer is avoided. The method involves an anisotropic plasma reactive ion etch that serves as a clearing phase where a "finish" etch is performed.

【0022】 本発明の目的はまた、重合付着工程を反応性イオン・エッチングと組み合わせ
る本発明の他の局面によって実現される。エッチング種をプラズマ中のポリマー
形成化合物と組み合わせることが可能である。あるいは、本発明の方法において
エッチングと重合を連続的に行うことが企図される。その結果、シリコン・オン
・インシュレータ基板上にアンダカットがほとんどないか、あるいは全くない垂
直な縁部を有する深い構造(例えば、トレンチ)が形成される。
[0022] The objects of the invention are also realized by another aspect of the invention in which the polymerization deposition step is combined with reactive ion etching. It is possible to combine the etching species with a polymer forming compound in the plasma. Alternatively, it is contemplated that etching and polymerization are performed sequentially in the method of the present invention. The result is a deep structure (e.g., trench) with vertical edges with little or no undercut on the silicon-on-insulator substrate.

【0023】 本発明の他の目的、特徴、利点は、以下の好ましい態様を検討することによっ
てさらに明らかになると思われる。
[0023] Other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from a consideration of the following preferred embodiments.

【0024】好ましい態様の説明 本発明者らは、SOI構造のシリコン・酸化物界面でのアンダカットを低減させ
るうえで、イオン密度が重要な因子であることを発見した。シリコン基板にはn
型基板およびp型基板と、他のシリコン・ブレンド基板を含められることを理解
されたい。低減されたイオン密度を実現するために発明者によって開発された方
法は、エッチングのクリアリング・フェーズ中にプラズマ・エッチング技法を使
用する方法である。すなわち、エッチングの大部分は、当業者に既知の任意のエ
ッチング技法によって行われ、次いで、本発明の低イオン・プラズマ・エッチン
グ技法を使用してクリアリング・エッチングが行われる。本発明者らは、イオン
密度を約109イオン/cm3よりも低い値に低下させることによってアンダカットが
実質的になくなることを発見した。速度は減少するが、アンダカットは低減する
はずである。この趣旨は、トレンチに入るイオンの数を減少させ、それによって
、トレンチ絶縁体底部に見られる電荷の蓄積をなくすか、あるいは低減させるこ
とである。本発明者らは、RIE工程によってイオン密度を低下させることが可能
であると判定した。
A preferred embodiment of the description the present inventors, in reducing the undercut of a silicon-oxide interface of the SOI structure, and found that the ion density is an important factor. N for silicon substrate
It should be understood that mold and p-type substrates and other silicon-blended substrates can be included. A method developed by the inventors to achieve reduced ion density is to use a plasma etching technique during the clearing phase of the etch. That is, most of the etching is performed by any etching technique known to those skilled in the art, followed by a clearing etch using the low ion plasma etching technique of the present invention. The present inventors have discovered that by reducing the ion density below about 10 9 ions / cm 3, undercut is substantially eliminated. The speed should decrease, but the undercut should decrease. The intent is to reduce the number of ions entering the trench, thereby eliminating or reducing the accumulation of charge found at the bottom of the trench insulator. The present inventors have determined that the RIE step can reduce the ion density.

【0025】 アスペクト比がより高い微細形状からシリコンのバルクを除去した後、パッシ
ベーションを優先し、かつエッチングの腐食性を低下させる工程条件を使用して
、エッチングの残りの部分が行われる。この技法は、上述の酸化物/シリコン界
面での充電構造を変更せず、その代わり、オーバカットの程度を厳密に制御する
能力に依存する。
After removing the bulk of the silicon from the higher aspect ratio features, the remainder of the etch is performed using process conditions that favor passivation and reduce etch corrosivity. This technique does not change the charging structure at the oxide / silicon interface described above, but instead relies on the ability to tightly control the degree of overcut.

【0026】 本発明のクリアリング・フェーズが、プラズマ・エッチング工程、好ましくは
反応性イオン・エッチング(RIE)を含み、その工程条件がパッシベーションを
優先し、かつエッチングの腐食性を低下させる。クリアリング・フェーズまたは
「仕上げ」エッチングを使用することは、絶縁体界面までエッチングするために
必要である。プラズマ・エッチングを使用する際、ラグが生じる可能性がある。
ラグとは、トレンチ・アスペクト比が大きくなるにつれてエッチング速度を低下
させる、様々なサイズのトレンチ/穴における拡散制限条件である。本発明のプ
ラズマ・エッチング工程を実施する前に行われるエッチングの大部分は、イオン
密度が高いときには等方性であり、したがって、絶縁体層に垂直であり電荷蓄積
を制限する直線的な側壁を製造するには、低イオン密度で凹部を垂直に(異方性
に)エッチングするプラズマ・エッチング(RIE)が必要である。
The clearing phase of the present invention includes a plasma etching step, preferably a reactive ion etch (RIE), the process conditions of which favors passivation and reduces etch corrosivity. Using a clearing phase or "finish" etch is necessary to etch down to the insulator interface. When using plasma etching, lag can occur.
A lag is a diffusion limiting condition in various sized trenches / holes that reduces the etch rate as the trench aspect ratio increases. Most of the etching performed prior to performing the plasma etching step of the present invention is isotropic at high ion densities, and therefore has straight sidewalls that are perpendicular to the insulator layer and limit charge accumulation. Manufacturing requires plasma etching (RIE) to etch the recesses vertically (anisotropically) with low ion density.

【0027】 初期エッチングを行う1つの方法は、Boschによって記載されたように、循環エ
ッチングおよび重合付着工程を含む。Bosch工程の後で本発明の工程を実施する
際、プラズマ・エッチング(RIE)を使用してベースからポリマーが除去される
。これは、ベースからポリマーを除去する速度の方が側壁からのポリマー除去速
度よりも大きいためである。
One method of performing an initial etch involves a cyclic etch and a polymerization deposition step, as described by Bosch. In performing the process of the present invention after the Bosch process, the polymer is removed from the base using plasma etching (RIE). This is because the rate of polymer removal from the base is greater than the rate of polymer removal from the sidewalls.

【0028】 重合付着工程の間に、エッチングベースに塗布されるポリマー層は、その後に
続く反応性イオン・エッチングのクリアリング・フェーズの間に急速に破壊され
る。これは、ポリマーが非常に急速に剥離され、イオンが支持されるとともに、
反応性プラズマ種とシリコンとの化学反応がエッチングベース上で進行すること
ができるためである。
During the polymerization deposition step, the polymer layer applied to the etching base is rapidly destroyed during the subsequent clearing phase of reactive ion etching. This is because the polymer is stripped off very quickly, the ions are supported,
This is because a chemical reaction between the reactive plasma species and silicon can proceed on the etching base.

【0029】 クリアリング段階の反応性イオン・エッチングの間に、構造の側壁がエッチン
グされ、残りの部分は、重合段階中に塗布されたポリマーによって保護される。
During the reactive ion etching of the clearing step, the sidewalls of the structure are etched and the rest is protected by the polymer applied during the polymerization step.

【0030】 本発明者らは、1つの理論に拘束されることを望んではいないが、以下のメカ
ニズムによって電荷蓄積が起こると考える。
Although we do not want to be bound by one theory, we believe that charge storage occurs by the following mechanism.

【0031】 容量結合された低RF電極を有するプラズマ・エッチングシステムでは、電極上
でグランドに対して負の自己誘導DCバイアス電位が生成される。ポアソン(Pois
son)の方程式によって、電荷分離のためにバイアスが生じる。負にバイアスさ
れた電極の場合、このバイアスが生じるためには、この電極/ウェハ上に電子が
蓄積しなければならない。時間平均条件の下では、電子の蓄積量は、表面に対し
て加速されるイオンの数が、表面に到達する電子の数に等しくなるほど、イオン
に対する吸引力が大きくなるまで増大する。言い換えれば、ウェハまたは電極へ
の正味DC電流は零である。この因子は、容量結合された電極に関する制約の1つ
である。過渡電流は存在するが、定常状態DC電流は存在しない。本発明者らは、
アンダカットを発生させるのは定常状態中のこのような過渡電流であると考える
In a plasma etching system having a low RF electrode that is capacitively coupled, a negative self-induced DC bias potential is generated on the electrode with respect to ground. Poisson
son) 's equation creates a bias due to charge separation. In the case of a negatively biased electrode, electrons must accumulate on this electrode / wafer for this bias to occur. Under time-averaged conditions, the amount of stored electrons increases as the number of ions accelerated to the surface becomes equal to the number of electrons reaching the surface, until the attractive force on the ions increases. In other words, the net DC current to the wafer or electrode is zero. This factor is one of the limitations on capacitively coupled electrodes. There is a transient current, but no steady state DC current. We have:
It is considered that such a transient current during a steady state causes undercut.

【0032】 平坦な導電シリコン・ウェハ表面の場合、ウェハ表面を横切る電荷分布はかな
り一様であり、すなわち、表面を横切るDC電位は定常状態条件の下では一様であ
る。ウェハを横切る電荷分布が一様であるため、ウェハに向かうイオン加速度は
一様である。いくつかの表面が導電性を有し、それに対して他の表面が絶縁体に
なることが知られている。電荷分布は、表面の特性に応じて表面を横切って変動
する。したがって、電界は変動する。準中性条件の下では、ウェハへの正味零DC
電流はシリコン微細形状に対して定常状態を維持する。しかし、過渡的な局所電
荷蓄積段階中に、局所DC電位が生じる。このような局所電位変動は、シリコン・
オン・インシュレータ界面のアンダカットを発生させる変動である。
For a flat conductive silicon wafer surface, the charge distribution across the wafer surface is fairly uniform, ie, the DC potential across the surface is uniform under steady state conditions. Since the charge distribution across the wafer is uniform, the ion acceleration towards the wafer is uniform. It is known that some surfaces are conductive, while others are insulators. The charge distribution varies across the surface depending on the characteristics of the surface. Therefore, the electric field fluctuates. Under quasi-neutral conditions, the net zero DC to the wafer
The current maintains a steady state for the silicon topography. However, during the transient local charge storage phase, a local DC potential occurs. Such local potential fluctuations are
This is a variation that causes an undercut at the on-insulator interface.

【0033】 図1は、表面微細形状を特徴とする1つの可能な電荷分布構成を示している。こ
れは、トレンチの断面を表わしている。シリコンおよびフォトレジストの側壁に
沿って負の電荷がある。この負の電荷は、将来トレンチに入る電子に対する電位
バリヤを形成する。トレンチの幅が狭ければ狭いほど、電界結合、したがってバ
リヤは強力になる。
FIG. 1 shows one possible charge distribution configuration featuring surface topography. This represents a cross section of the trench. There is a negative charge along the silicon and photoresist sidewalls. This negative charge forms a potential barrier for electrons entering the trench in the future. The narrower the trench, the stronger the electric field coupling and thus the barrier.

【0034】 バリヤが強力になればなるほど、電子がトレンチを貫通できる可能性は低くな
る。一方、この電荷分散はイオンに対するポテンシャル井戸を形成する。イオン
はトレンチに容易に進入する。しかし、この場合、不均衡が存在し、電子よりも
多くのイオンがトレンチ、特に、電子バリヤがより大きいより小さなトレンチに
入る。このようなイオンは、各壁の方への吸引力を「受ける」が、いくつかのイ
オンはトレンチの底部への吸引力を生じさせる。トレンチの底部が絶縁体、例え
ばSiO2である場合、イオン電荷が漏れるまたは放出する可能性はなく、したがっ
て、正の電荷が蓄積される。これは、酸化物界面でシリコン・アンダカットが起
こる可能性が高い状況である。側壁の負の電荷による吸引力と、トレンチの底部
での正電荷蓄積による反発力がある。吸引力と反発力は共に、図2に示すように
、将来のイオンの、シリコン壁底部に至る経路を湾曲させる。したがって、この
ようなイオンは、シリコン壁底部に衝突し、シリコンと絶縁体層との間にアンダ
カットを形成する。
The stronger the barrier, the less likely it is that electrons can penetrate the trench. On the other hand, this charge dispersion forms a potential well for ions. Ions easily enter the trench. However, in this case, an imbalance exists, where more ions than electrons enter the trench, especially smaller trenches where the electron barrier is larger. Such ions "pull" the attraction toward each wall, but some ions create an attraction to the bottom of the trench. If the bottom of the trench is an insulator, for example SiO 2 , there is no possibility of escaping or releasing ionic charges, thus accumulating positive charges. This is a situation where silicon undercut is likely to occur at the oxide interface. There is an attractive force due to negative charges on the side walls and a repulsive force due to accumulation of positive charges at the bottom of the trench. Both the attractive force and the repulsive force curve the path of future ions to the bottom of the silicon wall, as shown in FIG. Thus, such ions strike the bottom of the silicon wall and form an undercut between the silicon and the insulator layer.

【0035】 電荷蓄積の速度および量は、アンダカットの程度に影響を与える重要な因子で
ある。蓄積は、イオン電流密度Ji、酸化物厚さtox、酸化物誘電定数Eox、および
アスペクト比(th/tw)を含むがこれらに限定されることはない多数の因子に依
存する。 Jiは、本発明の工程によって調節することができる。単位面積当たり
電流を表わすために使用されるJi、すなわちイオン電流密度項を調節する因子が
ある。電流密度は次式のように表わされる。
The rate and amount of charge accumulation are important factors affecting the degree of undercut. Accumulation, the ion current density J i, oxide thickness t ox, oxide dielectric constant E ox, and including an aspect ratio (t h / t w) depends on a number of factors are not limited thereto . J i can be adjusted by the process of the present invention. There is a factor, J i , used to represent the current per unit area, the ion current density term. The current density is represented by the following equation.

【数1】 Ji=enivi (1) 式中、「e」は電荷であり、viはイオン速度であり、niはイオン密度である。し
たがって、電荷、イオン速度、およびイオン密度を変化させることによって、イ
オン電流密度に影響が与えられる。
## EQU1 J i = en i v i ( 1) where "e" is the charge, v i is the ion velocity, n i is the ion density. Thus, changing the charge, ion velocity, and ion density affects the ion current density.

【0036】 平均イオン速度は、次式のように、電極の上のシースを横切る、平均DCバイス
Vbおよびプラズマ電位φpから算出することができる。
The average ion velocity is the average DC bias across the sheath above the electrode as follows:
It can be calculated from Vb and plasma potential φp.

【数2】 (Equation 2)

【0037】 viについて解き数式1に代入すると、数式3に示すように、ウェハ表面に到達す
るイオンの平均電流密度に関する数式が得られる。
Solving v i and substituting it into equation (1) yields an equation relating to the average current density of ions reaching the wafer surface, as shown in equation (3).

【数3】 (Equation 3)

【0038】 数式3は、3つの主要因子が電流密度に影響を与えることを示している。最も大
きな影響を与えかつ最も容易に変化する因子は、イオン密度niである。これは、
イオン密度が、イオン電流に正比例し、かつ高密度源の関数であり、すなわち、
本発明の工程におけるイオン種の主要な生成要素の関数であることによる。低RF
電力もイオン密度に寄与するが、高密度源よりも程度は低い。調節性に関する2
番目に重要な因子はDCバイアスVbである。このバイアスは、低RF電力、工程にお
ける圧力、ガス種、および周波数を含め、多数のパラメータの関数である。しか
し、イオン電流は、このバイアスの平方根として変化するに過ぎないが、イオン
密度の線形関数であった。したがって、この因子を変化させることによる調節の
程度は低い。検討すべき第3の因子は、充電される種の質量miである。プラズマ
処理時に多数の基が存在するが、質量値は、エッチング液ガスとガスを細分する
ICPの能力とに応じて変化する可能性がある。イオンの質量を大きくすると電流
密度が低くなり、イオンの質量を小さくすると電流密度が高くなる。質量値は、
バイアスと同様な平方根関数であるので、調節するのは容易ではない。
Equation 3 shows that three major factors affect current density. Greatest effect giving and most easily changing factors is an ion density n i. this is,
The ion density is directly proportional to the ion current and is a function of the high density source, ie,
This is because it is a function of the main product of the ionic species in the process of the present invention. Low RF
Power also contributes to ion density, but to a lesser extent than high density sources. Adjustability 2
The second important factor is the DC bias Vb . This bias is a function of a number of parameters, including low RF power, process pressure, gas type, and frequency. However, the ion current varied only as the square root of this bias, but was a linear function of ion density. Therefore, the degree of regulation by changing this factor is low. The third factor to consider is the mass m i of the species to be charged. Many groups are present during plasma processing, but the mass value subdivides the etchant gas and gas
May vary depending on the capabilities of the ICP. Increasing the mass of ions decreases the current density, and decreasing the mass of ions increases the current density. The mass value is
It is not easy to adjust because it is a square root function similar to bias.

【0039】 上記の議論は主として定常状態の状況に関する議論であるが、電荷が蓄積し、
そのためシリコン・オン・インシュレータ界面のアンダカットが起こる過渡状況
もある。
Although the above discussion is primarily about steady state situations, charge builds up,
Therefore, there is also a transient situation in which an undercut at the silicon-on-insulator interface occurs.

【0040】 図3の電気回路は、下側の酸化物の、キャパシタとしての効果、および充電と
の関係を表わしている。図3は、トレンチが酸化層までエッチングされた場合の
電気特性を示している。抵抗Rtは、イオン種がトレンチを横切り酸化物界面に到
達するまでに起こる衝突の数を表わす。Rtは、トレンチの幅、長さ、および深さ
の関数である。衝突が数が多くなればなるほど、Rtの値が高くなり、衝突が数が
少なくなればなるほど、Rtの値が低くなる。Rsiは、壁の底部からシリコン表面
までのシリコン・ビームの抵抗を表わす。Rowは、酸化物表面と壁の底部との間
の抵抗を表わす。Coxは、トレンチの底部での酸化物の関連するキャパシタンス
である。このキャパシタンスは、酸化物の厚さ、領域、および誘電定数に依存す
る。Rbは、ウェハのバルクにおける酸化物の下の関連する抵抗である。DCバイア
ス電圧Vbは負であり、ウェハ表面での測定バイアスを表わす。実際には、バイア
スは電極で測定され、したがって、測定およびクランプ方式に応じ、すなわち、
機械的クランプであるか、ESC(静電チャック)であるか、または単なる熱接触
であるかに応じて、ウェハ表面でのバイアスと電極でのバイアスには何らかの差
が生じる。電極がシリコン・ウェハ表面と同じ電位であることを理解されたい。
しかし、すべての電圧はグランドを基準にしている。回路上の最後の電圧はVox
である。この電圧は正であり、酸化物表面上のトレンチの底部で測定される最後
の電圧または定常状態電圧である。
The electrical circuit of FIG. 3 illustrates the effect of the lower oxide as a capacitor and its relationship to charging. FIG. 3 shows the electrical characteristics when the trench is etched down to the oxide layer. The resistance R t represents the number of collisions that occur before the ionic species crosses the trench and reaches the oxide interface. R t is a function of the width, length, and depth of the trench. The greater the number several collisions, the value of R t is increased, greater the fewer collisions, the value of R t is lower. R si represents the resistance of the silicon beam from the bottom of the wall to the silicon surface. Row represents the resistance between the oxide surface and the bottom of the wall. Cox is the associated capacitance of the oxide at the bottom of the trench. This capacitance depends on the oxide thickness, area, and dielectric constant. R b is the associated resistance under the oxide in the bulk of the wafer. The DC bias voltage Vb is negative and represents a measured bias on the wafer surface. In practice, the bias is measured at the electrodes, and therefore depends on the measurement and clamping scheme, ie
Depending on whether it is a mechanical clamp, an ESC (electrostatic chuck), or just a thermal contact, there will be some difference between the bias at the wafer surface and the bias at the electrodes. It should be understood that the electrodes are at the same potential as the silicon wafer surface.
However, all voltages are referenced to ground. The last voltage on the circuit is V ox
It is. This voltage is positive and is the last or steady state voltage measured at the bottom of the trench on the oxide surface.

【0041】 シースを横切ってウェハ表面に到達するイオンは、平均総エネルギーφp−Vb
を有する。これは、ウェハ表面でのイオンの平均開始エネルギー、すなわち、壁
、トレンチ内の他の種、および酸化物表面との衝突によって失われるエネルギー
である。平均イオンは、図2および図3を見るとわかるように、開始時にフォトレ
ジストに衝突するか、あるいはトレンチに進入する可能性がある。イオンは、ト
レンチに進入する場合、シリコン壁表面に十分に近いときは、この表面と再結合
することができる。イオンは、中央を横切る場合、下向き経路内での衝突後にも
残るほどのエネルギーを有する場合には、酸化物表面に到達することができる。
酸化物表面上に存在する正電荷の量が少ないとき、新しいイオンの偏向または反
発はほとんど起こらない。時間の経過と共に、底部に至るこの経路に残ったイオ
ンが連続的に電荷蓄積に追加される。電荷蓄積が、それ以上のイオンが酸化物表
面から反発される点に到達すると、Rowによってシリコン壁へのイオン電流成分
が増大する。これは、正の酸化物と負に充電されたシリコン壁との間の電位差が
大きいために起こる。戻り経路は、抵抗Rsiによる、ビームを介した壁表面への
電子流の増大として具現化するシリコン壁表面での再結合に過ぎない。あらゆる
トレンチに2枚の壁があるので、実際には2つの戻り経路がある。Rsiはこれらの
経路の結合抵抗を表わす。
The ions traversing the sheath and reaching the wafer surface have an average total energy φp−V b
Having. This is the average onset energy of the ions at the wafer surface, ie, the energy lost by collisions with the walls, other species in the trench, and the oxide surface. The average ion can strike the photoresist at the start or enter the trench, as can be seen in FIGS. When ions enter the trench, they can recombine with the silicon wall surface if they are close enough. Ions can reach the oxide surface if they cross the center and have enough energy to survive collisions in a downward path.
When the amount of positive charge present on the oxide surface is small, little deflection or repulsion of new ions occurs. Over time, the ions remaining in this path to the bottom are continually added to the charge storage. When charge storage reaches the point where more ions are repelled from the oxide surface, the ow increases the ionic current component to the silicon wall. This occurs because of the large potential difference between the positive oxide and the negatively charged silicon wall. The return path is simply a recombination at the silicon wall surface embodied as an increase in electron flow through the beam to the wall surface due to the resistance Rsi . Since there are two walls in every trench, there are actually two return paths. R si represents the coupling resistance of these pathways.

【0042】 要するに、電荷蓄積は3つの因子に依存する。1つ目は充電電流であり、2つ目
はトレンチ内でのイオンの衝突であり、3つ目は壁表面との再結合である。
In short, charge storage depends on three factors. The first is charging current, the second is ion bombardment in the trench, and the third is recombination with the wall surface.

【0043】 酸化物表面にあるトレンチの底部での電圧は、図3に示すVox値に対して時間と
共に指数関数的に増大することを示すことができる。この増大速度はReffおよび
Coxの値に依存する。この2つの積は、システムの時定数を与える。時間の関数と
しての電圧V(t)を数式(4)に与える。
It can be shown that the voltage at the bottom of the trench at the oxide surface increases exponentially with time for the V ox values shown in FIG. The rate of increase is R eff and
Depends on the value of Cox . The product of the two gives the time constant of the system. The voltage V (t) as a function of time is given in equation (4).

【数4】 式中、(Equation 4) Where:

【数5】 および(Equation 5) and

【数6】 である。(Equation 6) It is.

【0044】 理論上、時間零(t=0)のとき、数式(4)は、開始電圧がゼロになり、V(t
)が、時間の経過と共にVoxの値に近づくことを示す。Voxは、数式4bに示すよう
にプラズマ電位ΦpおよびバイアスVbの関数である。前述のように、Φpの調節は
困難であるが、Vbは調節することができる。したがって、蓄積電圧Voxを制限す
る1つの手段は、バイアスを低下させることである。零Vbが理想的であるが、数
式(3)に示すように、零Vbは、ウェハ表面へのイオン電流がないことを意味す
る。イオン電流はエッチングに必要であるが、発明者は、酸化物界面での大きな
Voxの蓄積が回避されるようにイオン電流を調節できることを発見した。Voxを蓄
積させるのに必要な時間は、ReffとCoxの積によって調節される。数式(5)は、
酸化物の形状およびCoxとの関係を示している。
In theory, at time zero (t = 0), equation (4) shows that the starting voltage becomes zero and V (t
) Indicates that it approaches the value of V ox over time. V ox is a function of plasma potential Φ p and bias V b as shown in equation 4b. As described above, it is difficult to adjust Φ p , but V b can be adjusted. Therefore, one means of limiting the storage voltage Vox is to lower the bias. Zero Vb is ideal, but as shown in equation (3), zero Vb means that there is no ion current to the wafer surface. Ion current is required for etching, but the inventor
It has been found that the ionic current can be adjusted so that the accumulation of Vox is avoided. The time required to accumulate V ox is adjusted by the product of Reff and Cox . Equation (5) is
The relationship between the shape of the oxide and Cox is shown.

【数7】 (Equation 7)

【0045】 酸化物の露出された領域は、数式(5)では「A」で表わされており、トレンチ
の幅と長さの積である。酸化物の誘電定数はεoxによって与えられ、酸化物の厚
さはtoxによって与えられる。したがって、時定数を大きくする1つの方法は、Co x 値を大きくすることである。数式(5)は、酸化物の厚さを小さくし、誘電定数
を大きくし、面積を大きくすることによってCox値を大きくするための関係を示
している。トレンチが同じ深さを有するが、様々な幅を有する場合、トレンチの
幅が小さければ小さいほどキャパシタンスが低くなり、したがって、充電が高速
になる。理論上、工程条件が同一である場合、より小さなトレンチは、より大き
なトレンチよりも高速なアンダカットを示す。時定数はReffにも依存するので、
抵抗を大きくすると、充電時間が長くなり、アンダカットが低速になる。数式(
4a)は、バルク・シリコン抵抗Rbを高めるべきであることを示唆している。言い
換えれば、比抵抗のより高いシリコンはアンダカットを低減させる。また、Rt
Rsi、およびRowを大きくするとアンダカットが低減する。RbおよびRsiは算出す
ることができるが、RtおよびRowは未知である。これらの大きさは、RsiおよびRb が、酸化物を充電するのにかかる時間と、Voxの値とに対して大きな影響を与え
るかどうかを判定するうえで重要である。上記の説明ではトレンチについて説明
したが、当業者には、この説明を他の構造にも同様に適用できることが容易に明
らかであると思われる。
The exposed area of the oxide is represented by “A” in equation (5) and is the product of the width and length of the trench. The dielectric constant of the oxide is given by ε ox and the thickness of the oxide is given by t ox . Thus, one method of increasing the time constant, is to increase the C o x value. Equation (5) shows the relationship for increasing the Cox value by reducing the oxide thickness, increasing the dielectric constant, and increasing the area. If the trenches have the same depth but different widths, the smaller the width of the trench, the lower the capacitance and therefore the faster the charging. In theory, for the same process conditions, smaller trenches will show faster undercuts than larger trenches. Since the time constant also depends on R eff ,
Increasing the resistance increases the charging time and slows the undercut. Formula (
4a) suggests that the bulk silicon resistance Rb should be increased. In other words, silicon with higher resistivity reduces undercut. Also, R t ,
When R si and R ow are increased, the undercut is reduced. R b and R si can be calculated, but R t and R ow are unknown. These magnitudes are important in determining whether R si and R b have a significant effect on the time it takes to charge the oxide and on the value of Vox . While the above description has described a trench, it will be readily apparent to those skilled in the art that the description is equally applicable to other structures.

【0046】 クリアリング段階中に印加されるRF電力の量は、約5Wから500Wであり、好まし
くは約50Wから200Wであり、最も好ましくは約80Wから150Wである。エッチング液
ガスの流量は約100sccmから200sccmであり、高分子ガスの流量は約0sccmから100
sccmであり、最大エッチング液・ポリマー形成化合物比は2:1である。エッチン
グ工程中の圧力は約1mTから500mTであり、好ましくは約20mTから50mTである。エ
ッチング工程中の温度は約15℃から25℃であるが、液体N2温度(−177℃)と同
程度に低くすることができる。以下の例は例示的なものに過ぎないが、RIE段階
中に、基板にのみRF電力が印加されることを理解されたい。
The amount of RF power applied during the clearing stage is between about 5W and 500W, preferably between about 50W and 200W, and most preferably between about 80W and 150W. The flow rate of the etchant gas is about 100 sccm to 200 sccm, and the flow rate of the polymer gas is about 0 sccm to 100 sccm.
sccm, and the maximum etchant-polymer forming compound ratio is 2: 1. The pressure during the etching step is between about 1 mT and 500 mT, preferably between about 20 mT and 50 mT. The temperature during the etching step is about 15 ° C. to 25 ° C., but can be as low as the liquid N 2 temperature (−177 ° C.). The following example is merely illustrative, but it should be understood that RF power is applied only to the substrate during the RIE phase.

【0047】比較例 図4は、標準的な8.5分間のエッチングの後、幅が4μm以上のトレンチのシリコ
ン/酸化物界面で起こるアンダカットを示すSEM写真である。この例では、3段階
循環工程を含み、エッチング工程および重合付着工程の交互の段階が存在する、
米国特許第5501893号で開示された標準Bosch工程が使用された。エッチング工程
は約2秒から6秒にわたり、圧力約23mT、温度約15℃で、約825Wの電力を印加する
ことによって行われ、この場合、反応性ガスのガス流量は約50sccmから100sccm
であり、不活性ガスのガス流量は40sccmである。重合付着工程は約5秒にわたり
、圧力約22mT、温度約15℃で、約825Wの電力を印加することによって行われ、こ
の場合、反応性ガスのガス流量は約70sccmであり、不活性ガスのガス流量は約40
sccmである。酸化物の厚さ(20000Å)はtoxで表わされる。アンダカットは、2
μmのトレンチを形成を試みている間に起こった。3μmのトレンチ、すなわち、
右から3番目のトレンチは、酸化物界面に到達していないが、シリコン内にアン
ダカットの兆候を示していない。4μmのトレンチ、すなわち、3μmトレンチの左
側のトレンチはすでにアンダカットの兆候を示している。このアンダカットは、
より小さなトレンチがより大きなトレンチと比べてどれだけ高速に充電されるか
を示している。露出された酸化物領域がより小さくなるので、関連するキャパシ
タンスはより低くなる。同じ充電電流を使用すると、より低いキャパシタンスは
より高速に充電され定常状態に達する。充電によって、壁表面に対するオフアク
シス(off axis)・イオン衝突および再結合が起こる。
Comparative Example FIG. 4 is an SEM photograph showing an undercut occurring at the silicon / oxide interface of a trench having a width of 4 μm or more after a standard etching for 8.5 minutes. In this example, including a three-stage circulation process, there are alternating stages of an etching process and a polymerization deposition process,
The standard Bosch process disclosed in US Pat. No. 5,501,893 was used. The etching process is performed for about 2 to 6 seconds at a pressure of about 23 mT, at a temperature of about 15 ° C., and by applying an electric power of about 825 W, wherein the gas flow rate of the reactive gas is about 50 to 100 sccm
And the gas flow rate of the inert gas is 40 sccm. The polymerization deposition step is performed for about 5 seconds at a pressure of about 22 mT, a temperature of about 15 ° C., and by applying a power of about 825 W, in which case the gas flow rate of the reactive gas is about 70 sccm, and the inert gas flow rate is about 70 sccm. Gas flow is about 40
sccm. The thickness of the oxide (20000 °) is represented by tox . Undercut 2
Occurred while trying to form a μm trench. 3 μm trench, ie
The third trench from the right has not reached the oxide interface, but shows no signs of undercut in the silicon. The 4 μm trench, ie the trench to the left of the 3 μm trench, already shows signs of undercut. This undercut is
It shows how much faster a smaller trench is charged compared to a larger trench. Since the exposed oxide area is smaller, the associated capacitance is lower. Using the same charging current, the lower capacitance is charged faster and reaches a steady state. The charging causes off axis ion bombardment and recombination on the wall surface.

【0048】 シリコン基板をエッチングする際、検討すべき1つの因子は、より小さな微細
形状をエッチングする際に示される固有のラグである。ラグの量を理解するため
に、図5は、2つの異なる低RIE電力に対するラグ%とトレンチ幅との関係を示す
グラフを示している。比較のため、ラグはすべて100μmのトレンチ幅を基準にし
ている。9W RIE曲線(黒いダイヤモンド)を見ると、ラグが12%である20μmの
穴は、100μmの穴よりもエッチング速度が12%低い。測定は、ラグが40%をわず
かに超える2μmの穴まで行った。より低いRIEワット数を使用するとラグが低減
される。RIEによってラグをある程度調節することが可能であるが、十分ではな
く、したがって、顕著な量のエッチングを実現するエッチング工程を適切に終了
するための選択が慎重に行われる。RIEのエッチング速度は、高密度源よりも約2
桁低いイオン密度を有し、したがって、エッチング速度は低くなる。数式(4b)
に示すように、バイアスVbはトレンチ内の電圧蓄積Voxに寄与する。したがって
、バイアスはイオンがウェハ表面に到達できるようにするのに十分ほど高くなけ
ればならない。したがって、イオン密度が低くなったときは、他の場合に高密度
源によって得られるよりも高いバイアスを使用することができる。したがって、
ラグの低減は、本発明によって生じる予期されていない利点の1つである。
When etching a silicon substrate, one factor to consider is the inherent lag exhibited when etching smaller features. To understand the amount of lag, FIG. 5 shows a graph illustrating the relationship between lag% and trench width for two different low RIE powers. For comparison, all lugs are based on a 100 μm trench width. Looking at the 9W RIE curve (black diamond), a 20 μm hole with 12% lag has a 12% lower etch rate than a 100 μm hole. Measurements were taken up to a 2 μm hole where the lugs were slightly over 40%. Using a lower RIE wattage reduces lag. Although lag can be adjusted to some extent by RIE, it is not sufficient, and therefore a careful choice is made to properly end the etching process that achieves a significant amount of etching. RIE etch rate is about 2 times faster than high density sources
It has an order of magnitude lower ion density and therefore lower etch rates. Formula (4b)
As shown, the bias Vb contributes to the voltage accumulation Vox in the trench. Therefore, the bias must be high enough to allow ions to reach the wafer surface. Thus, when the ion density becomes lower, a higher bias can be used than would otherwise be obtained with a high density source. Therefore,
Reduced lag is one of the unexpected advantages provided by the present invention.

【0049】 他の重要な因子は、マスク/レジスト層の選択性である。バイアスを高くする
と一般に、物理的衝突のためにレジストが急速に劣化し、したがって、バイアス
の調節が選択性に影響を与える。
Another important factor is the selectivity of the mask / resist layer. Increasing the bias generally causes the resist to degrade rapidly due to physical collisions, and therefore adjusting the bias affects selectivity.

【0050】実施例 以下の例は、3つの循環段階が実行される標準Boschを初期エッチングに使用す
る実施例である。エッチング工程は約2秒から6秒にわたり、圧力約23mT、温度約
15℃で、約825Wの電力を印加することによって行われ、この場合、反応性ガスの
ガス流量は約50sccmから100sccmであり、不活性ガスのガス流量は40sccmである
。重合付着工程は約5秒にわたり、圧力約22mT、温度約15℃で、約825Wの電力を
印加することによって行われ、この場合、反応性ガスのガス流量は約70sccmであ
り、不活性ガスのガス流量は約40sccmである。この初期エッチング工程の後で本
発明のエッチング工程が行われる。RIE工程は約4分間にわたって行われ、圧力約
25mTから35mT、温度約20℃で、約80Wのバイアスが基板に印加され、この場合、
反応性ガスのガス流量は約200sccmである。本発明の工程は、循環エッチングお
よび重合付着工程を含むことができる。この重合付着工程は約5秒にわたり、圧
力約25mT、温度約15℃で、約825Wの電力を印加することによって行われ、この場
合、反応性ガスのガス流量は約70sccmであり、不活性ガスのガス流量は30sccmで
ある。
EXAMPLE The following example is an example using a standard Bosch for the initial etch in which three circulation steps are performed. The etching process lasts about 2 to 6 seconds, with a pressure of about 23 mT and a temperature of about
It is carried out at 15 ° C. by applying a power of about 825 W, in which case the gas flow of the reactive gas is about 50 sccm to 100 sccm and the gas flow of the inert gas is 40 sccm. The polymerization deposition step is performed for about 5 seconds at a pressure of about 22 mT, a temperature of about 15 ° C., and by applying a power of about 825 W, in which case the gas flow rate of the reactive gas is about 70 sccm, and the inert gas flow rate is about 70 sccm. The gas flow is about 40 sccm. After this initial etching step, the etching step of the present invention is performed. The RIE process is performed for about 4 minutes,
A bias of about 80 W is applied to the substrate at 25 mT to 35 mT at a temperature of about 20 ° C.
The gas flow rate of the reactive gas is about 200 sccm. The process of the present invention can include a cyclic etching and a polymerization deposition process. This polymerization deposition step is performed for about 5 seconds at a pressure of about 25 mT, a temperature of about 15 ° C., and applying an electric power of about 825 W, in which case the gas flow rate of the reactive gas is about 70 sccm, Is 30 sccm.

【0051】実施例1 図6は、標準Bosch工程と、その後に続く、エッチング工程のクリアリング・フ
ェーズを包含する非循環RIE工程の結果を示している。図6の右側の2つのトレン
チは酸化物層までエッチングされており、アンダカットの兆候はない。このこと
は、好ましいRIEのみのエッチング手法は、酸化物/シリコン界面でのアンダカ
ットをなくす能力を有することを示している。したがって、RIE手法は広範囲の
アスペクト比を有する基板に適している。
EXAMPLE 1 FIG. 6 shows the results of a standard Bosch process followed by an acyclic RIE process that includes a clearing phase of the etching process. The two trenches on the right side of FIG. 6 have been etched down to the oxide layer, with no indication of undercut. This indicates that the preferred RIE-only etch technique has the ability to eliminate undercuts at the oxide / silicon interface. Therefore, the RIE technique is suitable for substrates having a wide range of aspect ratios.

【0052】 Bosch工程などの工程を使用して酸化物界面に連続的にエッチングする能力は
、アンダカットを防止する工程のタイミングが重要であるので、適切なエンドポ
イント検出器を必要とする。このようなエンドポイント検出器は当業者に公知で
ある。
The ability to continuously etch an oxide interface using a process such as the Bosch process requires a suitable endpoint detector because the timing of the process to prevent undercut is important. Such endpoint detectors are known to those skilled in the art.

【0053】 本発明の他の態様において、本発明者らは、イオン密度を低くすることによっ
てアンダカットを低減させる働きをするRIEがポリマー付着段階と組み合わされ
、それによって、壁に対するポリマー付着が増大しアンダカットを防止する働き
をするエッチング工程を開発した。この技法を使用することによって、RIEラグ
をなくすことが可能になる。しかし、この工程を使用する際、所望の微細形状を
十分にエッチングするのに必要な時間が長くなる。トレンチ幅が小さくなればな
るほど、トレンチを形成するのに必要な時間が長くなる。しかし、最大トレンチ
と最小トレンチの比が小さい場合、オーバーエッチング時間は短くなる。
In another embodiment of the present invention, the inventors consider that RIE, which serves to reduce undercut by lowering ion density, is combined with a polymer deposition step, thereby increasing polymer deposition on the wall. An etching process that prevents undercuts has been developed. Using this technique makes it possible to eliminate the RIE lag. However, when using this step, the time required to sufficiently etch the desired fine features increases. The smaller the trench width, the longer the time required to form the trench. However, if the ratio between the maximum trench and the minimum trench is small, the over-etching time is short.

【0054】実施例2 上述の技法を使用して、本発明の工程のこの局面を実証するための実験を行っ
た。トレンチ幅は2μmから100μmまでの範囲であった。これらのランのうちの1
つの結果を図7に示す。エッチングの大部分はBosch工程に従って行われ、その後
に、循環付着およびエッチング工程を含む本発明のエッチング工程が行われる。
図7は、2μmから10μmの範囲のトレンチ幅を示している。図7に示す側壁は、図6
と比べてより直線的である。オーバーエッチング時間が長い場合でも、アンダカ
ットはほとんど存在しない。この技法が成功するかどうかは、本発明のエッチン
グ工程に切り替えて残りのシリコンを「仕上げ」エッチングとしてエッチングす
る前に、当業者に公知の標準エッチング工程による、より大きなトレンチを形成
する能力に依存する。
Example 2 Using the techniques described above, experiments were performed to demonstrate this aspect of the process of the present invention. Trench widths ranged from 2 μm to 100 μm. One of these runs
The results are shown in FIG. Most of the etching is performed according to the Bosch process, followed by the etching process of the present invention, including cyclic deposition and etching steps.
FIG. 7 shows trench widths in the range of 2 μm to 10 μm. The side wall shown in FIG.
It is more linear than. Even if the over-etching time is long, there is almost no undercut. The success of this technique depends on the ability to form larger trenches by standard etching processes known to those skilled in the art before switching to the etching process of the present invention and etching the remaining silicon as a "finish" etch. I do.

【0055】 本発明の一態様では、Bosch工程に従って初期プラズマ・エッチング段階が行
われ、この場合、飽和種と不飽和種の特定の比、すなわち、フッ素基とポリマー
形成化合物の特定の比を考慮する必要はなく、したがって、工程全体の異方性に
悪影響を与えずに実際のエッチング段階をエッチング速度および選択性に対して
最適化することができる。初期プラズマ・エッチング段階および重合段階の後で
、低減されたイオン電流密度を有する本発明のRIE工程が行われる。
In one aspect of the present invention, an initial plasma etching step is performed according to the Bosch process, where a specific ratio of saturated to unsaturated species, ie, a specific ratio of fluorine groups to polymer-forming compounds, is considered. And thus the actual etching step can be optimized for etch rate and selectivity without adversely affecting the overall process anisotropy. After the initial plasma etching and polymerization steps, the RIE process of the present invention with reduced ion current density is performed.

【0056】 本発明の代替態様では、初期プラズマ・エッチング工程の間に、およびBosch
工程に従った重合工程の間に、シリコン基板にイオン・エネルギーが衝突する。
イオン・エネルギーとのこの同時衝突によって、エッチングベース上にはポリマ
ーが全く形成されていないか、あるいは実質的に全く形成されず、したがって、
従来必要とされている、エッチングベース上でのポリマー層の分解が必要とされ
ないので、初期エッチング段階中により高いエッチング速度を実現することがで
きる。低イオン・エネルギーのこの衝突によって、顕著なマスク選択性および異
方性を実現することができる。
In an alternative embodiment of the present invention, during the initial plasma etching step and
During the step-wise polymerization step, ion energy bombards the silicon substrate.
Due to this simultaneous collision with ion energy, no or substantially no polymer is formed on the etch base, and therefore,
Higher etch rates can be achieved during the initial etch stage because the conventionally required decomposition of the polymer layer on the etch base is not required. Significant mask selectivity and anisotropy can be achieved by this collision of low ion energy.

【0057】 初期エッチング工程時などに高いエッチング速度のために起こる、フッ素基と
シリコンとの強い発熱反応によって、シリコン基板はかなり高温になる。したが
って、シリコン基板は、好ましくはヘリウム・ガス流によって、エッチング工程
中に冷却することが好ましい。高温によってポリマー付着層およびマスク層のエ
ッチングが推進されるときに基板を冷却することが好ましい。
Due to a strong exothermic reaction between fluorine groups and silicon, which occurs due to a high etching rate at the time of an initial etching step, the temperature of the silicon substrate becomes considerably high. Therefore, the silicon substrate is preferably cooled during the etching process, preferably by a helium gas flow. Preferably, the substrate is cooled as the high temperature drives the etching of the polymer adhesion layer and the mask layer.

【0058】 実質的なアンダカットなしに、鋭い垂直縁部を有する、トレンチなどの深い構
造を作製するように「仕上げ」エッチングを完了するには、前述のようにクリア
リング段階で低イオン密度を維持する必要がある。イオン・エネルギーが高いと
一般に、分散または剥離され、次いで制御されずに再付着した材料の反応が干渉
される。しかし、シリコン基板に作用するイオンのエネルギーは、平滑なエッチ
ングベースが得られるように、構造ベースに堆積物が蓄積しないようにするのに
十分なエネルギーでなければならない。
To complete a “finish” etch to create deep structures, such as trenches, with sharp vertical edges, without substantial undercut, reduce the ion density during the clearing step as described above. Need to be maintained. Higher ion energies generally disperse or exfoliate and then interfere with the reaction of uncontrolled redeposited material. However, the energy of the ions acting on the silicon substrate must be sufficient to prevent accumulation of deposits on the structural base so that a smooth etching base is obtained.

【0059】 シリコン基板がすでに重合中に低イオン・エネルギーと衝突している場合、エ
ッチングベース上にはポリマーがほとんどあるいは全く形成されない。したがっ
て、重合可能なモノマーが側壁上に蓄積し、クリアリング・フェーズに対する特
に有効な保護を側壁に施し、それに対して、エッチングベースは被覆されず、あ
るいは実質的に被覆されないことが好ましい。
If the silicon substrate is already bombarded with low ion energy during polymerization, little or no polymer will form on the etch base. Thus, it is preferred that the polymerizable monomer accumulates on the sidewalls and provides a particularly effective protection against the clearing phase on the sidewalls, whereas the etching base is uncoated or substantially uncoated.

【0060】 どちらの代替態様でも、プラズマ・エッチング段階中のみのイオン効果、また
はプラズマ・エッチング段階と重合段階の両方の間のイオン効果と、非常に高い
異方性を示し、すなわち、実質的にアンダカットの起こらない事実上厳密に垂直
なエッジ形状を有する構造が実現される。
Both alternatives exhibit a very high anisotropy with ionic effects only during the plasma etching stage or between both the plasma etching stage and the polymerization stage, ie, substantially A structure with virtually strictly vertical edge shapes without undercutting is realized.

【0061】 好ましい態様において、低イオン・エネルギーによって異方性エッチングを行
うことができる。重合段階の間にエッチングベース上にポリマーが全く付着しな
いときは、約5eVに過ぎないイオン・エネルギーを使用することができる。構造
ベースはプラズマからの堆積物を完全に有さず、それによって最初はエッチング
ベースの粗さを確立できないようにするために、初期エッチング段階中には、5e
Vから30eVのエネルギーによるイオン衝突を推奨する。イオンがクリアリング段
階中にシリコン基板の方へのみ加速される場合、これらのイオンも、重合段階中
に付着するエッチングベース・ポリマーを数秒以内に十分に貫通する。この動作
モードでは、エッチング速度におけるマイクロローディング効果がさらに低下す
る。
In a preferred embodiment, the anisotropic etching can be performed with low ion energy. If no polymer is deposited on the etch base during the polymerization step, ion energies of only about 5 eV can be used. During the initial etching phase, 5e is used, so that the structure base is completely free of deposits from the plasma, so that initially the roughness of the etching base cannot be established.
Ion collisions with energies from V to 30 eV are recommended. If the ions are only accelerated towards the silicon substrate during the clearing phase, they will also penetrate well within a few seconds through the etching base polymer which will adhere during the polymerization phase. In this mode of operation, the microloading effect on the etch rate is further reduced.

【0062】 フッ素基とシリコンの自然反応速度が高いので、シリコン・エッチングは基本
的にイオンの支持を必要としない。
[0062] Since the natural rate of reaction between the fluorine groups and silicon is high, silicon etching basically does not require ionic support.

【0063】 シリコン基板に異方性エッチングを施すための本発明の好ましい態様は、以下
のように実施される。
A preferred embodiment of the present invention for performing anisotropic etching on a silicon substrate is implemented as follows.

【0064】 シリコン基板をパターン化し、エッチングマスク、例えばフォトレジストでコ
ーティングした。このエッチングマスクは、異方性エッチングを施すことになっ
ているシリコン基板の領域を空けておくマスクであり、このエッチングマスクに
第1のエッチング段階を施す。当業者に公知のフォトレジスト以外のエッチング
マスクも本発明の範囲内であることを理解されたい。
The silicon substrate was patterned and coated with an etching mask, for example, a photoresist. This etching mask is a mask for leaving a region of the silicon substrate to be subjected to anisotropic etching, and the etching mask is subjected to a first etching step. It should be understood that etching masks other than photoresists known to those skilled in the art are within the scope of the invention.

【0065】 SF6、NF3、およびCF4などのフッ素化ガスと、アルゴンArなどの不活性ガスと
の混合物を、ガス流量が0sccmから500sccmであり、処理圧力が5mTから100mTであ
る初期エッチングに使用することができる。バルク・エッチングまたは初期エッ
チングに関するプラズマ生成は好ましくは、出力300Wから1200W(最大約2.45GHz
)のRF励起またはその他の高密度源によって行われる。
An initial etch of a mixture of a fluorinated gas such as SF 6 , NF 3 and CF 4 and an inert gas such as argon Ar at a gas flow rate of 0 sccm to 500 sccm and a processing pressure of 5 mT to 100 mT Can be used for Plasma generation for bulk or initial etch is preferably 300 W to 1200 W (up to about 2.45 GHz)
A) done by RF excitation or other high density sources.

【0066】 同時に、イオンを加速するための基板RF(無線周波数)バイアスを基板電極に
印加する。基板バイアスは好ましくは5Vから100Vであり、出力2Wから20Wの高周
波数電源(13.56MHz)によって得ることができる。
At the same time, a substrate RF (radio frequency) bias for accelerating ions is applied to the substrate electrode. The substrate bias is preferably 5V to 100V and can be obtained with a high frequency power supply (13.56MHz) with an output of 2W to 20W.

【0067】 初期エッチング中に、フッ素化ガスと不活性ガスの混合物中での放電の助けに
よってリアクタ内で、化学反応種および充電された粒子(イオン)が生成される
During the initial etch, reactive species and charged particles (ions) are created in the reactor with the aid of discharge in a mixture of fluorinated and inert gases.

【0068】 このように生成された正に充電された陽イオンは、基板電極に印加されたRFバ
イアスによってシリコン基板の方へ加速され、エッチングマスクによって空けら
れている基板表面上にほぼ垂直に落下し、反応性プラズマ種とシリコンの化学反
応を推進する。
The positively charged cations thus generated are accelerated toward the silicon substrate by the RF bias applied to the substrate electrode, and fall almost vertically onto the substrate surface vacated by the etching mask. And promote the chemical reaction between the reactive plasma species and silicon.

【0069】 このエッチングは、約5μmから約500μmのエッチング深さを得るための期間に
わたって行うことができる。凹部の絶対深さは、エッチングすべき基板の厚さお
よび所望のエッチングの量に依存する。
This etching can be performed over a period to obtain an etching depth of about 5 μm to about 500 μm. The absolute depth of the recess depends on the thickness of the substrate to be etched and the amount of etching desired.

【0070】 重合付着工程では、例えば、CHF3などのフッ素化ガスとアルゴン(Ar)の混合
物を使用することができ、適切な周辺群を有する他の過フッ素化芳香族物質、例
えば過フッ素化スチレン様モノマーやエーテル様フッ素化合物を使用することも
できる。
In the polymerization deposition step, for example, a mixture of a fluorinated gas such as CHF 3 and argon (Ar) can be used, and other perfluorinated aromatic substances having appropriate peripheral groups, for example, perfluorinated Styrene-like monomers and ether-like fluorine compounds can also be used.

【0071】 以前のエッチング時に露出された表面、すなわち、エッチングベースおよび側
壁は、重合中にポリマーで覆われる。このポリマー層は、エッチング縁部または
エッチング表面上にエッチングストップを形成する。
The surfaces exposed during the previous etching, ie the etching base and the side walls, are covered with the polymer during the polymerization. This polymer layer forms an etch stop on the etched edge or surface.

【0072】 重合段階でエッチング縁部に塗布されたポリマーは、反応性イオン・エッチン
グ段階を含む後続のクリアリング・フェーズ中に再剥離される。初期エッチング
段階時に露出された縁部は、反応性イオン・エッチング段階中に、ポリマー層に
よってさらなるエッチング腐食から保護される。反応性イオン・エッチング工程
では、F2、SiF4、C2F6、MoF5、WF6、XeF2、SF6、C3F8、NF3、CHF3、およびCF4
どのフッ素化ガスとアルゴンArなどの不活性ガスとの混合物を使用することがで
きる。クリアリング・エッチングは、循環的に繰り返し行うことができ、すなわ
ち、クリアリング・エッチングの後で、さらなるエッチングを含む重合付着を行
うことができる。クリアリング・エッチングと共に循環的に繰り返される重合付
着は、フッ素化ガス、例えば、CHF3、CH3F、C2H2F2、C2H2F4、C3F8、およびC4F8 を使用する。ガス混合物は流量が約0sccmから250sccmであり、好ましくは約0scc
mから100sccmである。出力が好ましくは300Wから1200Wのときに、マイクロ波、I
CP、TCP、ヘリコン、ECR、またはその他の高密度励起源。
The polymer applied to the etching edge during the polymerization step is stripped off during a subsequent clearing phase that includes a reactive ion etching step. The edges exposed during the initial etching step are protected from further etching attack by the polymer layer during the reactive ion etching step. The reactive ion etching process, F 2, SiF 4, C 2 F 6, MoF 5, WF 6, XeF 2, SF 6, C 3 F 8, NF 3, CHF 3, and fluorinated gases such as CF 4 A mixture of and an inert gas such as argon Ar can be used. The clearing etch can be repeated cyclically, ie, the clearing etch can be followed by a polymer deposition, including further etching. Cyclically polymerized adhering repeated with clearing etch, the fluorinated gases, for example, CHF 3, CH 3 F, C 2 H 2 F 2, C 2 H 2 F 4, C 3 F 8, and C 4 F Use 8 . The gas mixture has a flow rate between about 0 sccm and 250 sccm, preferably about 0 sccm.
m to 100 sccm. When the output is preferably 300W to 1200W, microwave, I
CP, TCP, helicon, ECR, or other high-density excitation source.

【0073】 放出されたモノマーが再び互いに直接連続するように沈降する傾向があり、そ
の肯定的な結果として、クリアリング段階中に追加の局所側壁保護が行われるこ
とが知られている。すなわち、エッチングフェーズ中に剥離されたポリマーを側
壁に再付着させることができる。モノマーが放出された結果、プラズマ中での重
合段階とは別に行われるエッチング段階およびクリアリング段階の異方性が、こ
の効果によって著しく高められる。
It is known that the released monomers tend to settle back to be directly continuous with one another, the positive consequence of which is that additional local sidewall protection occurs during the clearing phase. That is, the polymer exfoliated during the etching phase can be redeposited on the side wall. As a result of the release of the monomers, this effect greatly enhances the anisotropy of the etching and clearing steps performed separately from the polymerization step in the plasma.

【0074】 重合段階は、重合中に、テフロン様ポリマー層が側壁またはエッチングベース
上に沈降するのに十分な長さになるように選択される。ポリマー層の厚さは、約
1nmから100nmであり、好ましくは10nmから75nmであり、最も好ましくは約40nmか
ら50nmである。上記の厚さのポリマーを基板に付着させるには約2秒ないし60秒
の時間が必要である。
The polymerization stage is selected such that during polymerization, the Teflon-like polymer layer is long enough to settle on the sidewalls or the etching base. The thickness of the polymer layer is approximately
1 nm to 100 nm, preferably 10 nm to 75 nm, most preferably about 40 nm to 50 nm. It takes about 2 to 60 seconds for the polymer of the above thickness to adhere to the substrate.

【0075】 使用されるすべての媒体において、高密度の反応性種と、生成されたイオンが
基板に到達する、低いが厳密に調節可能なエネルギーを有するイオンとを実現す
ることが重要である。
In all media used, it is important to achieve a high density of reactive species and ions with low but tightly tunable energy at which the generated ions reach the substrate.

【0076】 当業者には、ここに開示された本発明の明細書および実施例を検討することに
よって、本発明の他の態様が明らかであると思われる。明細書は例示的なものに
過ぎないとみなされるものであり、本発明の真の範囲および趣旨は、特許請求の
範囲によって示されている。また、ここで引用されたすべての文献は、参照とし
て本明細書に特に組み入れられている。
Other embodiments of the present invention will be apparent to one of skill in the art upon reviewing the specification and examples of the invention disclosed herein. It is intended that the specification be considered exemplary only, with a true scope and spirit of the invention being indicated by the following claims. Also, all documents cited herein are specifically incorporated herein by reference.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 表面微細形状の性質による1つの可能な電荷分布構成を示す、ト
レンチの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a trench, showing one possible charge distribution configuration due to the nature of the surface topography.

【図2】 シリコン・酸化物界面に沿った電荷の蓄積が示された、トレンチ
を示す図である。
FIG. 2 shows a trench showing charge accumulation along the silicon-oxide interface.

【図3】 下側の酸化物の、キャパシタとしての効果および充電との関係を
表わす電気回路図である。
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the relationship between the lower oxide and the effect as a capacitor and charging.

【図4】 8.5分間のエッチングの後に幅が4μm以上のトレンチの、シリコ
ン/酸化物界面で起こるアンダカットを示すSEM写真である。
FIG. 4 is an SEM photograph showing the undercut occurring at the silicon / oxide interface in trenches having a width of 4 μm or more after 8.5 minutes of etching.

【図5】 2つの異なる低RIE電力に対するラグ%とトレンチ幅との関係を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between lag% and trench width for two different low RIE powers.

【図6】 右側の2つのトレンチが酸化物までエッチングされており、かつ
アンダカットの兆候が見られないSEM写真である。変化するエッチング深さから
ラグが明白である。より幅の狭いトレンチはより大きなラグを示している。
FIG. 6 is an SEM photograph in which two trenches on the right have been etched down to the oxide, and no signs of undercut are seen. The lag is evident from the varying etching depth. Narrower trenches indicate larger lugs.

【図7】 側壁が図6と比べてより直線的であり、かつアンダカットがほと
んど存在しない、2μmないし10μmのトレンチ幅の範囲を示すSEM写真である。
FIG. 7 is an SEM photograph showing a range of a trench width of 2 μm to 10 μm in which a side wall is more linear than that of FIG. 6 and almost no undercut exists.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),JP,KR (72)発明者 デブレ マイケル ダブリュー. アメリカ合衆国 フロリダ州 セイフティ ー ハーバー ヒルサイド レーン 3130 Fターム(参考) 5F004 AA05 BA09 BB21 BB22 BB25 CA02 CA04 CA06 CA09 DA00 DA01 DA17 DA18 DA23 DB01 DB23 EA13 EA28 EB04 5F032 AA03 AC02 BA01 CA07 DA25──────────────────────────────────────────────────の Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), JP, KR (72) Inventor Debre Michael W. K. United States Florida Safety Harbor Hillside Lane 3130 F-term (reference) 5F004 AA05 BA09 BB21 BB22 BB25 CA02 CA04 CA06 CA09 DA00 DA01 DA17 DA18 DA23 DB01 DB23 EA13 EA28 EB04 5F032 AA03 AC02 BA01 CA07 DA25

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応性イオン・エッチングによってシリコン基板をエッチン
グする段階を含む、シリコン基板のエッチングの間にシリコン・絶縁体界面での
アンダカットを防止する方法であって、イオン密度が低減され、それによって、
エッチング中に形成される側壁の垂直エッチングが行われる方法。
1. A method for preventing undercuts at a silicon-insulator interface during etching of a silicon substrate, comprising the step of etching the silicon substrate by reactive ion etching, wherein the ion density is reduced. Thereby,
A method in which vertical etching of sidewalls formed during etching is performed.
【請求項2】 少なくとも1つのポリマー形成化合物をプラズマに導入する
ことによる重合をさらに含み、シリコンの露出された表面上に化合物が付着し、
それによって一時的なコーティング層が形成される、請求項1記載の方法。
2. The method further comprising polymerizing by introducing at least one polymer-forming compound into the plasma, wherein the compound deposits on the exposed surface of the silicon;
The method of claim 1, wherein a temporary coating layer is thereby formed.
【請求項3】 反応性イオン・エッチングおよび重合が循環的であり繰り返
される、請求項2記載の方法。
3. The method of claim 2, wherein the reactive ion etching and polymerization are cyclic and repeated.
【請求項4】 以下の段階を含む、シリコン基板のエッチングの間にシリコ
ン・絶縁体界面でのアンダカットを防止する方法: a)反応性エッチングガスをシリコンに接触させ、シリコンの表面から材料を
除去し、エッチングされた表面を製造することによる異方性プラズマ・エッチン
グ; b)少なくとも1つのポリマー形成化合物を重合し、シリコンの露出された表面
上に付着させ、それにより、この化合物をプラズマに導入することによって一時
的なコーティング層を形成する段階;および c)シリコンの表面に衝突する反応性イオンがプラズマ中に生じる、約109イオ
ン/cm3より少ない低減されたイオン密度を有する反応性イオン・エッチング。
4. A method for preventing undercuts at a silicon-insulator interface during the etching of a silicon substrate, comprising the steps of: a) contacting a reactive etching gas with the silicon to remove material from the surface of the silicon; Anisotropic plasma etching by removing and producing an etched surface; b) polymerizing at least one polymer-forming compound and depositing it on the exposed surface of the silicon, whereby the compound is exposed to the plasma. Forming a temporary coating layer by introducing; and c) a reactive ion having a reduced ion density of less than about 10 9 ions / cm 3 , wherein reactive ions impacting the surface of the silicon are generated in the plasma. Ion etching.
【請求項5】 エッチング(a)が、プラズマ中に実質的にポリマー形成化
合物を含まずに行われる、請求項4記載の方法。
5. The method of claim 4, wherein the etching (a) is performed substantially without a polymer forming compound in the plasma.
【請求項6】 エッチング(a)によって形成された横方向に画定された凹
部構造に付着(b)時に塗布されたポリマーが、反応性イオン・エッチング(c)
中に部分的にエッチングされる、請求項4記載の方法。
6. The polymer applied at the time of deposition (b) on the laterally defined recess structure formed by the etching (a) is subjected to reactive ion etching (c).
5. The method of claim 4, wherein the etching is partially performed.
【請求項7】 反応性エッチングガスが、六フッ化イオウとアルゴンの混合
物である、請求項4記載の方法。
7. The method of claim 4, wherein the reactive etching gas is a mixture of sulfur hexafluoride and argon.
【請求項8】 第1のエッチング段階が、シリコンの表面から材料を事前に
選択された深さまで除去し、かつ該第1のエッチング段階が、事前に選択された
エッチング深さを与える期間にわたって行われる、請求項4記載の方法。
8. The method of claim 1, wherein the first etching step removes material from a surface of the silicon to a preselected depth, and wherein the first etching step is performed over a period of time to provide the preselected etching depth. 5. The method of claim 4, wherein the method is performed.
【請求項9】 反応性イオン・エッチング(c)で使用される反応性イオン
が、F2、SiF4、C2F6、MoF5、WF6、XeF2、SF6、C3F8、NF3、CHF3、およびCF4から
成る群より選択される、請求項4記載の方法。
9. The reactive ion used in the reactive ion etching (c) is F 2 , SiF 4 , C 2 F 6 , MoF 5 , WF 6 , XeF 2 , SF 6 , C 3 F 8 , NF 3, CHF 3, and CF 4 is selected from the group consisting of the method of claim 4, wherein.
【請求項10】 シリコン表面が、プラズマ・エッチングの前にパターン化
される、請求項4記載の方法。
10. The method of claim 4, wherein the silicon surface is patterned before plasma etching.
【請求項11】 エッチング(a)および付着(b)が、反応性イオン・エッ
チング(c)を行う前に交互に繰り返される、請求項4記載の方法。
11. The method of claim 4, wherein the etching (a) and the deposition (b) are alternately repeated before performing the reactive ion etching (c).
【請求項12】 反応性イオン・エッチングの後に追加の重合工程をさらに
含む、請求項4記載の方法。
12. The method of claim 4, further comprising an additional polymerization step after the reactive ion etching.
【請求項13】 追加の重合工程および反応性イオン・エッチングが循環的
であり繰り返される、請求項12記載の方法。
13. The method of claim 12, wherein the additional polymerization step and reactive ion etching are cyclic and repeated.
【請求項14】 約109イオン/cm3より少ないイオン電流密度を実現するの
に十分なイオン速度、イオン密度、イオン質量、バイアス、電力、および圧力で
の反応性イオン・エッチングの方法。
14. A method of reactive ion etching at an ion velocity, ion density, ion mass, bias, power, and pressure sufficient to achieve an ion current density of less than about 10 9 ions / cm 3 .
【請求項15】 供給される電力が約5ワットから500ワットの範囲である、
シリコン基板に低密度電源を印加する段階をさらに含む、請求項1記載の方法。
15. The power provided is in the range of about 5 watts to 500 watts.
2. The method of claim 1, further comprising applying a low density power to the silicon substrate.
【請求項16】 供給される電力が約5ワットから500ワットの範囲である、
反応性イオン・エッチング(c)の間にシリコン基板に低密度電源を印加する段
階をさらに含む、請求項4記載の方法。
16. The power supplied is in a range from about 5 watts to 500 watts.
The method of claim 4, further comprising applying a low density power source to the silicon substrate during the reactive ion etching (c).
【請求項17】 エッチングの間に使用されるガスの流量が約100sccmから2
00sccmであり、かつ重合の間に使用されるガスの流量が約0sccmから100sccmであ
る、請求項1または4記載の方法。
17. The method according to claim 1, wherein the flow rate of the gas used during the etching is between about 100 sccm and
The method of claim 1 or 4, wherein the flow rate of the gas used during the polymerization is 00 sccm and the flow rate is about 0 sccm to 100 sccm.
【請求項18】 エッチング工程、重合工程、および反応性イオン・エッチ
ング工程の圧力が約1mTから500mTである、請求項1または4記載の方法。
18. The method of claim 1, wherein the pressure of the etching, polymerization, and reactive ion etching steps is about 1 mT to 500 mT.
【請求項19】 工程の温度が約15℃から25℃である、請求項1または4記載
の方法。
19. The method of claim 1, wherein the temperature of the step is about 15 ° C. to 25 ° C.
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